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9月20日出版的最新一期紐約時(shí)報(bào)雜志（The New York Times Magazine）用加州山火的照片作為雜志封面，聚焦加州近日頻繁發(fā)生的自然災(zāi)害。

最近，加州的日子不大太平。上個(gè)月，熱浪導(dǎo)致的輪流停電好像還近在眼前。8月14日，加州多地氣溫超過(guò)38攝氏度，面對(duì)陡增的用電需求，加州電網(wǎng)不堪重負(fù)，出現(xiàn)大面積停電，超過(guò)200萬(wàn)加州居民體驗(yàn)了一把“水深火熱”的8月。

導(dǎo)致這次電力事故的幾個(gè)原因，或許可以為太平洋另一邊的我們提供一些啟示。

01

電網(wǎng)分散難以優(yōu)化配置

眾所周知，美國(guó)電力系統(tǒng)并非“一張大電網(wǎng)”，主要由三個(gè)分散的部分構(gòu)成：東部電網(wǎng)、西部電網(wǎng)和德克薩斯州電網(wǎng)。大部分線路和變電站都屬于私營(yíng)公司，由500多家互相獨(dú)立的電網(wǎng)公司運(yùn)營(yíng)。

加州電網(wǎng)系統(tǒng)也是如此，輸電線路分管復(fù)雜，物理連接薄弱。先來(lái)看一張加州能源委員會(huì)（California Energy Commission）在2016年發(fā)布的加州輸電線路圖，不同的顏色代表不同的電力線路供應(yīng)商，僅大型電力線路的供應(yīng)商就多達(dá)8家。



加州能源委員會(huì)日前發(fā)布了2020年加州公用事業(yè)服務(wù)區(qū)圖。從圖中可以看出，加州電網(wǎng)由超過(guò)6家公用事業(yè)公司共同運(yùn)營(yíng)。


獨(dú)立運(yùn)營(yíng)的電網(wǎng)有一個(gè)致命弱點(diǎn)，就是沒(méi)有統(tǒng)一的調(diào)度中心。這不僅導(dǎo)致各個(gè)電網(wǎng)之間缺少配合，容易出現(xiàn)多方扯皮的狀況，而且由于缺少對(duì)整體電網(wǎng)的掌控，在面對(duì)尖峰負(fù)荷、大規(guī)模停電等突發(fā)狀況時(shí)，電網(wǎng)無(wú)法統(tǒng)一調(diào)度、迅速響應(yīng)。


02

管理無(wú)序難以協(xié)調(diào)一致

電網(wǎng)結(jié)構(gòu)性的分散配置也直觀體現(xiàn)在混亂的管理體系上。從負(fù)荷預(yù)測(cè)到部門間溝通合作，再到危機(jī)處理的速度，加州電網(wǎng)管理制度之混亂，我們從這次停電事件中可以略窺一二。

加州電力系統(tǒng)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理。電力監(jiān)管系統(tǒng)主要由三方構(gòu)成：加州能源委員會(huì)（California Energy Commission）負(fù)責(zé)需求預(yù)測(cè)；加州公共公用事業(yè)委員會(huì)（California Public Utilities Commission）負(fù)責(zé)需求響應(yīng)，同時(shí)掌管公用事業(yè)買賣；加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商（California Independent System Operator）負(fù)責(zé)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)。

在這次沒(méi)有預(yù)警的輪流停電事故發(fā)生后，加州州長(zhǎng)Gavin Newsom給加州三大能源機(jī)構(gòu)寫了一封公開(kāi)信，公開(kāi)質(zhì)問(wèn)為何此次輪流停電沒(méi)有提前發(fā)布公眾預(yù)警。

加州能源委員會(huì)董事長(zhǎng)David Hochschild、加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商董事長(zhǎng)兼首席執(zhí)行官 Stephen Berberich、加州公共公用事業(yè)委員會(huì)主席Marybel Batjer三方聯(lián)合給州長(zhǎng)回了信。三大能源機(jī)構(gòu)坦言，讓人始料未及的西部熱浪導(dǎo)致本應(yīng)足夠的風(fēng)能發(fā)電在8月14日下午發(fā)電量驟降。

此外，高溫帶來(lái)的用電需求激增以及短時(shí)間內(nèi)無(wú)法迅速調(diào)度電力資源等都是導(dǎo)致這次加州停電的原因。信中也強(qiáng)調(diào)，盡管他們無(wú)法完全預(yù)料這次事故的發(fā)生，但是如果部門、機(jī)構(gòu)之間有更好的溝通機(jī)制，現(xiàn)實(shí)情況就會(huì)更好一些。值得一提的是，在這次停電發(fā)生之初，三個(gè)能源機(jī)構(gòu)還不約而同互相甩鍋，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的扯皮后才決定合作。


信中提到的混亂的電力資源調(diào)度系統(tǒng)是造成此次停電的重要原因之一。加州電網(wǎng)沒(méi)有能安全穩(wěn)定地跨區(qū)域遠(yuǎn)程輸電的直流輸電技術(shù)，資源調(diào)度很大程度依靠電力市場(chǎng)“就近買賣”。周邊地區(qū)的電力資源通過(guò)競(jìng)標(biāo)的方式進(jìn)入加州電力市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)短期電力供需平衡。但由于沒(méi)有簽署長(zhǎng)期合同，因此，當(dāng)周邊地區(qū)也出現(xiàn)電力短缺時(shí)，加州能源就供不上了。比如，此次山火同樣使得旁邊的猶他州和俄勒岡州發(fā)生大停電事故，能源供應(yīng)鏈斷了，能源缺口只會(huì)越來(lái)越大。

03

電力設(shè)施老舊滿足不了需求

除了“制度失效”，加州電網(wǎng)的歷史問(wèn)題同樣積重難返。電力建設(shè)缺乏規(guī)劃，近年來(lái)發(fā)展緩慢。美國(guó)能源部的一組數(shù)據(jù)顯示：美國(guó)70%的輸電線路和電力變壓器運(yùn)行年限在25年以上，60%的斷路器運(yùn)行年限超過(guò)30年。由于聯(lián)邦政府資金不足，滯后的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不僅無(wú)法滿足民眾日益增長(zhǎng)的用電需求，在遭遇突發(fā)狀況時(shí)，電網(wǎng)設(shè)備老化的問(wèn)題也一覽無(wú)余。以加州最大的公用事業(yè)公司太平洋電氣公司（Pacific Gas and Electric Company，以下簡(jiǎn)稱PG&E公司）為例，其業(yè)務(wù)涵蓋加州三分之二的地區(qū)。近年來(lái)，加州北部接連發(fā)生重大的森林火災(zāi)， PG&E公司因“電力設(shè)備老化”“電線短路”等問(wèn)題，一度被外界視為“火災(zāi)元兇”。

為了讓電力設(shè)施能更好地抵御自然災(zāi)害，PG&E公司不是沒(méi)想過(guò)把自家老化的電線整治一番。加州電網(wǎng)曾計(jì)劃通過(guò)將電線埋到地下的方式使電網(wǎng)堅(jiān)強(qiáng)，去年P(guān)G&E公司也進(jìn)行了一番嘗試。然而，這種方式不僅對(duì)周圍土壤和植被要求很高，造價(jià)也十分昂貴，每英里的改造花費(fèi)高達(dá)300萬(wàn)美元，這對(duì)近年來(lái)公共建設(shè)資金持續(xù)吃緊的加州政府來(lái)說(shuō)難以招架。

電力本該是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“先行官”，但在加州似乎有些拖后腿了。近年來(lái)美國(guó)頻發(fā)的大停電都在發(fā)出警告：日益老舊的電力設(shè)施和持續(xù)增長(zhǎng)的用電需求間的矛盾只會(huì)日益凸顯。然而，沒(méi)有前期的資金投入，硬件水平跟不上，再多的規(guī)劃和管理也只能淪為紙上談兵。

04

電網(wǎng)難以適應(yīng)新能源發(fā)展需求

除了自身軟硬件的問(wèn)題，近幾年提到加州電網(wǎng)一個(gè)繞不開(kāi)的話題就是清潔能源發(fā)展。2018年，加州簽署的氣候法案中規(guī)劃2026年可再生能源供電將占全州供電的50%；2030年之前，該比例將提高到60%；到2045年年底，要實(shí)現(xiàn)全行業(yè)的100%可再生能源和零碳能源供電。

在給州長(zhǎng)的信中，加州三大能源機(jī)構(gòu)特別指出，盡管許多因素都成為此次加州停電的幫兇，但是清潔能源絕不是其中之一。加州也將繼續(xù)其對(duì)清潔能源的追求。

那么，加州目前在綠電道路上的進(jìn)展如何？加州能源委員會(huì)數(shù)據(jù)顯示，2019年，太陽(yáng)能和風(fēng)能共為加州提供了約21.04%的電量。


▲2019年加州電網(wǎng)系統(tǒng)總發(fā)電量統(tǒng)計(jì)

新能源看似為加州電網(wǎng)提供了不少支撐，然而以太陽(yáng)能為首的新能源可能造成時(shí)間維度上的供應(yīng)缺口。加州負(fù)荷峰值通常是從下午晚些時(shí)候開(kāi)始的，這恰好是太陽(yáng)能日供量開(kāi)始下降的時(shí)段。供需時(shí)間的不匹配對(duì)于加州電網(wǎng)是一個(gè)可預(yù)見(jiàn)但是還亟待解決的問(wèn)題。

此外，“棄核”也是加州清潔能源實(shí)踐中的一個(gè)重要主題，核電正在逐步被排除在加州能源組合之外。2012年，南加州愛(ài)迪生電力公司關(guān)閉了San Onofre核電站，一舉減少了2200兆瓦的電力供應(yīng)。2018年，公用事業(yè)委員會(huì)通過(guò)計(jì)劃，決定在2024年著手關(guān)閉加州最后一座核電站——Diablo Canyon核電站。值得一提的是，此次加州大規(guī)模斷電事件還是在核能提供了近10%電力的情況下發(fā)生的。

無(wú)論在供電、輸電還是用電環(huán)節(jié)，加州電網(wǎng)似乎存在很多問(wèn)題。底盤不穩(wěn)卻一心追求“零碳”。清潔能源固然好，但對(duì)于現(xiàn)階段的加州，更像是蛋糕上的裱花。沒(méi)有一個(gè)穩(wěn)定的底做基礎(chǔ)，零碳計(jì)劃就是浪花泡沫，無(wú)法真正為電網(wǎng)助力。

加州電網(wǎng)能源轉(zhuǎn)型難，還體現(xiàn)在儲(chǔ)能能力不足上。去年，加州剛為個(gè)人客戶安裝了超過(guò)100萬(wàn)個(gè)小型屋頂光伏板。最近，就有人緊跟著呼吁需要追加100萬(wàn)個(gè)小型鋰離子電池來(lái)儲(chǔ)備太陽(yáng)能，理由是，這種小型電池可以為家庭提供約4小時(shí)的電量，在下午至傍晚時(shí)段可以幫助電網(wǎng)削峰。

這種自下而上式的個(gè)體儲(chǔ)能是否真的可以彌補(bǔ)系統(tǒng)的漏洞還要打一個(gè)問(wèn)號(hào)。其實(shí)加州電網(wǎng)也不是沒(méi)想過(guò)建立大型儲(chǔ)能機(jī)制，其中呼聲最高的就是“抽水蓄能系統(tǒng)”。然而這種系統(tǒng)對(duì)土地和水資源都有大量需求，這對(duì)于國(guó)家公園和自然保護(hù)區(qū)繁多的加州來(lái)說(shuō)實(shí)施起來(lái)很困難。

隨著清潔能源的持續(xù)推進(jìn)以及電網(wǎng)負(fù)荷的不斷增長(zhǎng)，不少人開(kāi)始思考建立一個(gè)統(tǒng)一大電網(wǎng)的必要性。8月25日，美國(guó)參議院民主黨人成立的氣候危機(jī)特別委員會(huì)發(fā)布了一份關(guān)于解決氣候問(wèn)題的報(bào)告，其中特別提到了建立一個(gè)更統(tǒng)一、更利于遠(yuǎn)距離連接的電網(wǎng)的必要性。報(bào)告強(qiáng)調(diào)，盡管大電網(wǎng)的前期建設(shè)需要大量投資，但它在未來(lái)會(huì)給美國(guó)能源轉(zhuǎn)型帶來(lái)巨大的好處。

其實(shí)，如何應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的電力負(fù)荷，對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)并不陌生。加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商官網(wǎng)的數(shù)據(jù)顯示，8月14日加州最大負(fù)荷為4600萬(wàn)千瓦，而這個(gè)數(shù)據(jù)放在中國(guó)省級(jí)電網(wǎng)中，其實(shí)并不算高。

以江蘇電網(wǎng)為例，江蘇電網(wǎng)已經(jīng)形成了以“一交三直”特高壓交直流混聯(lián)為支撐、500千伏“六縱六橫”為骨干網(wǎng)、220千伏分區(qū)運(yùn)行、配電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的電網(wǎng)格局。8月17日13時(shí)25分，江蘇電網(wǎng)調(diào)度用電負(fù)荷達(dá)到11512.5萬(wàn)千瓦，創(chuàng)下中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司系統(tǒng)省級(jí)電網(wǎng)的最高調(diào)度用電負(fù)荷。其中，區(qū)外凈受電力2300萬(wàn)千瓦，占江蘇全省用電最高負(fù)荷的20%。通過(guò)區(qū)外來(lái)電，江蘇電網(wǎng)能夠從容應(yīng)對(duì)省內(nèi)用電需求。

同時(shí)，需求側(cè)響應(yīng)機(jī)制靈活調(diào)動(dòng)負(fù)荷，也能讓電網(wǎng)在高負(fù)荷的情況下保持“彈性”。江蘇電網(wǎng)的調(diào)度控制系統(tǒng)依托大數(shù)據(jù)，從負(fù)荷大戶入手，通過(guò)樣本分析精準(zhǔn)預(yù)測(cè)企業(yè)用電走勢(shì)，有針對(duì)性地輸出特定用戶的用電行為特征報(bào)告。目前江蘇大規(guī)模源網(wǎng)荷儲(chǔ)友好互動(dòng)系統(tǒng)可以做到280萬(wàn)千瓦毫秒級(jí)精準(zhǔn)負(fù)荷控制，調(diào)度系統(tǒng)的精準(zhǔn)性和敏銳度極大地降低了大面積停電發(fā)生的可能性。

值得一提的是，對(duì)于建設(shè)具有中國(guó)特色國(guó)際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司來(lái)說(shuō)，除了在面對(duì)今年夏天高溫和汛情的雙重考驗(yàn)時(shí)能交出滿分答卷，中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)也是世界唯一20年來(lái)沒(méi)有發(fā)生過(guò)大面積停電事故的國(guó)家電網(wǎng)。

電網(wǎng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行一直是我國(guó)電力行業(yè)的基礎(chǔ)和底線，而守住底線的基礎(chǔ)是電網(wǎng)調(diào)度一體化機(jī)制的制度優(yōu)勢(shì)。從加州此次停電事故中不難看出，無(wú)論是資源配置、管理制度、電力設(shè)施還是能源轉(zhuǎn)型只靠簡(jiǎn)單的線性思維，“頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳”愈發(fā)難以應(yīng)對(duì)牽一發(fā)而動(dòng)全身的電網(wǎng)系統(tǒng)問(wèn)題。統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一管理，在電網(wǎng)運(yùn)行中缺一不可，也只有把電網(wǎng)調(diào)度、規(guī)劃、建設(shè)、設(shè)備監(jiān)控、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)打通，勁往一處使，電網(wǎng)才能站得住腳、打得贏仗。

如今，加州的山火還在持續(xù)，這勢(shì)必也為加州電網(wǎng)帶來(lái)持續(xù)的挑戰(zhàn)。但倘若基礎(chǔ)、底線問(wèn)題沒(méi)有解決，面對(duì)大型突發(fā)情況時(shí)，電網(wǎng)的底氣從何而來(lái)？如果說(shuō)，加州停電事故能帶給我們一些啟示，那就是驗(yàn)證了系統(tǒng)性思維下堅(jiān)持電網(wǎng)調(diào)度一體化機(jī)制的必要性和現(xiàn)實(shí)性。希望在逐漸降溫的9月，隨著負(fù)荷曲線的慢慢回落，背后的啟示能夠被更多人看到。

原標(biāo)題:美國(guó)加州大停電 帶給我們哪些啟示？